包曉軍

(望亭發(fā)電廠,江蘇蘇州 215155)

0 引言

望亭發(fā)電廠#11、#142臺300MW機(jī)組化學(xué)水處理一級、二級除鹽水(以下簡稱除鹽水)程控系統(tǒng)以及凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行多年,雖經(jīng)過幾次改造,但仍存在諸多問題,如歐姆龍(OMRON)卡件的老化問題、歐姆龍分散控制系統(tǒng)(PLC)和AB PLC系統(tǒng)的兼容問題等,大大影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為提高系統(tǒng)性能及可靠性,必須對現(xiàn)有化學(xué)水處理程控系統(tǒng)進(jìn)行全面改造。

經(jīng)過充分的前期準(zhǔn)備(包括PLC的調(diào)研、程控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的比較、改造方案的確定等),2007年5月,在對新程控系統(tǒng)成功進(jìn)行了全面測試后,啟動了現(xiàn)場施工及調(diào)試工作。2007年6月,整個程控系統(tǒng)改造工程基本結(jié)束,開始投入運(yùn)行。1年多的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明,該項(xiàng)目改造效果良好,基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

望亭發(fā)電廠在線化學(xué)水處理程控系統(tǒng)的成功改造,為老廠公用系統(tǒng)(輸煤程控改造以及母管制循環(huán)水控制系統(tǒng)等)改造提供了成功經(jīng)驗(yàn)。

1 改造前系統(tǒng)情況

(1)除鹽水系統(tǒng)為歐姆龍C2000H系列PLC,控制范圍為:補(bǔ)水系統(tǒng)一級除鹽系統(tǒng)(3列碳床/陽床/脫碳風(fēng)機(jī)/中間水箱/陰床/補(bǔ)水混床,4臺清水泵,2個清水池等);二級除鹽系統(tǒng)(混11A/混11B/混11C);#11機(jī)組凝結(jié)水混床再生系統(tǒng)(陰塔/陽塔/貯存塔/羅茨風(fēng)機(jī)4/羅茨風(fēng)機(jī)5);凈水系統(tǒng);酸堿系統(tǒng);壓縮空氣系統(tǒng);復(fù)蓋自用泵等。

(2)凝結(jié)水系統(tǒng)為RockwellAutomationABCon-trolLogix控制系統(tǒng),中央監(jiān)控為IntellutioniFix3.0組態(tài)軟件?？刂品秶鸀?#14機(jī)組凝結(jié)水混床系統(tǒng)(混14A/混14B/混14C);#14機(jī)組凝結(jié)水混床再生系統(tǒng)(分離塔/陽塔/陰塔);加氨系統(tǒng)等。

(3)歐姆龍PLC采用RS232通訊與上位機(jī)相連,ABControlLogix采用ControlNet通訊與上位機(jī)相連。

(4)另有一些現(xiàn)場設(shè)備通過并行口與工業(yè)計(jì)算機(jī)相連,工業(yè)計(jì)算機(jī)為研華公司產(chǎn)品。

2 老系統(tǒng)存在的主要問題

(1)除鹽水歐姆龍C2000H系列PLC已成為淘汰產(chǎn)品,備品備件無法購買,無法維修,系統(tǒng)技術(shù)落后。

(2)除鹽水歐姆龍C2000H系列PLC與上位機(jī)通訊采用串口RS232方式,通訊技術(shù)落后(速率19.2K,傳輸距離15m,而ControlNet速率5M,傳輸距離1～30km;EtherNet速率100M,傳輸距離＞100 m);造成通訊速率慢,人機(jī)界面數(shù)據(jù)信息反應(yīng)遲緩,并且HMI工控機(jī)經(jīng)常死機(jī),使運(yùn)行人員不能及時掌握現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)信息或進(jìn)行設(shè)備控制操作,熱工人員維護(hù)工作量大。

(3)除鹽水歐姆龍C2000H系列PLC與上位機(jī)通訊時常中斷,影響系統(tǒng)穩(wěn)定正常運(yùn)行。

(4)中央監(jiān)控系統(tǒng)由4臺研華工控機(jī)組成,該系統(tǒng)為2002年投產(chǎn),由于計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速,該工業(yè)計(jì)算機(jī)的處理能力相對較差。

(5)凝結(jié)水系統(tǒng)上位機(jī)采用的iFix3.0是2002年推出的產(chǎn)品,現(xiàn)系統(tǒng)的冗余配置沒有實(shí)現(xiàn),且系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控計(jì)算機(jī)每臺機(jī)器上的數(shù)據(jù)不統(tǒng)一。

(6)凝結(jié)水系統(tǒng)連接到中央監(jiān)控服務(wù)器上時只連接到1臺服務(wù)器上,使服務(wù)器無法冗余達(dá)到雙機(jī)熱備安全的要求。凝結(jié)水系統(tǒng)冗余網(wǎng)絡(luò)(Control-Net)只有一條網(wǎng)絡(luò)在使用,另一條處于閑置狀態(tài),網(wǎng)絡(luò)冗余形同虛設(shè)。

(7)凝結(jié)水系統(tǒng)中雙CPU軟冗余,其中一個CPU沒有工作,使CPU冗余形同虛設(shè),經(jīng)常自動停機(jī)。

(8)由于除鹽水系統(tǒng)與凝結(jié)水精處理系統(tǒng)分別采用歐姆龍和AB2種互不兼容的PLC,無法實(shí)現(xiàn)PLC程序的融合,只能分別與上位人機(jī)界面(HMI)工控機(jī)通訊,需要在人機(jī)界面軟件中實(shí)現(xiàn)有關(guān)的信號傳遞和邏輯聯(lián)鎖。這樣,一方面增加了工控機(jī)的通訊負(fù)擔(dān),另一方面若工控機(jī)故障可能會影響到PLC邏輯程序的正常運(yùn)行,降低了系統(tǒng)的整體可靠性。

3 改造總體目標(biāo)

全面更換除鹽水程控系統(tǒng)歐姆龍C200H系列PLC,采用ABControlLogix5000系列PLC,將同樣采用ABControlLogix5000系列PLC的凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)主站CPU模塊拆除后,保留其I/O端子并與新上的除鹽水處理程控系統(tǒng)整合為一體。同時,在充分吸收新的運(yùn)行工藝要求的基礎(chǔ)上,將除鹽水處理和凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)的PLC程序重新整合到一套程序中。

改造后的除鹽水和凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)PLC主機(jī)采用雙機(jī)熱備冗余方案。即配備2套相互獨(dú)立的PLC主機(jī)(分別配備電源模塊、CPU模塊、通訊模塊以及熱備模塊等),2套主機(jī)CPU通過冗余組態(tài)來實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備功能,2套主機(jī)CPU中的控制程序在運(yùn)行中保持同步運(yùn)行;運(yùn)行中當(dāng)1臺PLC出現(xiàn)故障時,備用PLC能自動投入,保證整個PLC程控系統(tǒng)的正常連續(xù)運(yùn)行。同時,各I/O站與PLC主機(jī)之間的通訊也采用雙路冗余通訊以提高通訊可靠性。

配置2臺互為冗余的上位機(jī),每臺上位機(jī)安裝2塊以太網(wǎng)卡,通過以太網(wǎng)線接入一對冗余的以太網(wǎng)交換機(jī);2臺PLC主機(jī)也通過通訊模塊和以太網(wǎng)線分別接入這對冗余的交換機(jī),在分別實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)設(shè)備冗余的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)之間的通訊冗余。

另外,為了使上位機(jī)人機(jī)界面盡量保持原有的功能和風(fēng)格,以便于運(yùn)行人員按照以往習(xí)慣接受和使用,上位機(jī)組態(tài)軟件采用GE公司的iFix4.0方案:網(wǎng)絡(luò)開發(fā)運(yùn)行版(服務(wù)器版兼開發(fā)與運(yùn)行功能)+客戶端運(yùn)行版的方案。

4 此次改造需要解決的技術(shù)難點(diǎn)

由于望亭發(fā)電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)改造是在#11、#142臺機(jī)組的安全連續(xù)運(yùn)行下進(jìn)行的,化學(xué)工藝水系統(tǒng)必須連續(xù)供應(yīng),給改造工程的現(xiàn)場施工和調(diào)試帶來了較大的難度。必須制訂周密的、有針對性的施工、技術(shù)措施和調(diào)試步驟,以保證工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)行。另外,由于老系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜,又經(jīng)過多次改造,資料圖紙與現(xiàn)場實(shí)際有諸多不符,給改造帶來了難度,必須經(jīng)過現(xiàn)場詳細(xì)摸底才能確保2套數(shù)據(jù)庫的整合順利進(jìn)行,保證原有功能不變甚至優(yōu)化。

5 施工調(diào)試方案制訂與實(shí)施

針對老系統(tǒng)的特點(diǎn)及其存在的各種問題,結(jié)合改造目標(biāo)要求,制訂了設(shè)計(jì)及施工調(diào)試方案并進(jìn)行了實(shí)施。

5.1 明確界定改造范圍

為了在保證實(shí)現(xiàn)改造意圖的基礎(chǔ)上,盡最大可能縮小影響范圍,保證有限的資源和力量得到合理利用,從而提高工作效率、降低改造風(fēng)險,經(jīng)過充分討論和分析,明確了老系統(tǒng)必須更換和應(yīng)該保留的部分。

(1)要將除鹽水程控系統(tǒng)歐姆龍C200H系列PLC更換為ABControlLogix5000系列PLC,并與凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)進(jìn)行整合。同時,依據(jù)舊程序并結(jié)合運(yùn)行工藝新要求重新編寫PLC邏輯控制程序,將除鹽水處理和凝結(jié)水精處理2部分的程序整合為一體,避免老系統(tǒng)中2部分之間的數(shù)據(jù)交換依賴于上位機(jī)軟件的情況,實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)硬件和軟件的全面整合,保證下位機(jī)之間的獨(dú)立性。

(2)更換上位機(jī)工控機(jī)以及人機(jī)界面軟件。為提高系統(tǒng)性能,將上位機(jī)人機(jī)界面iFix軟件升級為最新版本,并重新編寫底層數(shù)據(jù)庫通訊程序,實(shí)現(xiàn)與新整合的PLC系統(tǒng)的全面整合。

(3)需要敷設(shè)用于2臺機(jī)組的汽水取樣裝置與主控室程控系統(tǒng)上位機(jī)通訊的光纜和安裝光電通訊轉(zhuǎn)換設(shè)備,需要將程控系統(tǒng)直流開關(guān)電源容量進(jìn)行擴(kuò)充等。

為了充分利用已有設(shè)備、提高改造效率、降低改造風(fēng)險,并盡量與已經(jīng)建立的檢修運(yùn)行規(guī)程和使用習(xí)慣保持一致性,現(xiàn)場機(jī)柜以及柜內(nèi)繼電器和端子等附件基本保留不動,上位機(jī)軟件中的主要畫面通過升級轉(zhuǎn)換直接使用。

5.2 改造計(jì)劃及實(shí)施

為了使改造能夠順利實(shí)施,制訂了如下實(shí)施計(jì)劃和步驟:

(1)現(xiàn)場摸底、編制詳細(xì)的設(shè)計(jì)施工圖紙。由于此前的化學(xué)水處理程控系統(tǒng)經(jīng)歷過數(shù)次改造,圖紙資料與現(xiàn)場實(shí)際情況存在諸多不符,需要逐臺設(shè)備、逐個信號進(jìn)行徹底的現(xiàn)場摸底核查,為新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確有效的依據(jù)。

根據(jù)現(xiàn)場摸底情況,在新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中主要遵循以下2個原則:一是凝結(jié)水精處理系統(tǒng)部分I/O信號的地址和對應(yīng)的信號變量名稱盡量保持不變,除鹽水系統(tǒng)部分的I/O信號通道按照新的I/O模塊布置重新進(jìn)行分配,但盡量保持與舊系統(tǒng)的信號通道排列順序一致;二是上位機(jī)的畫面直接從舊系統(tǒng)升級,并且上位機(jī)信號變量名稱盡量保持不變,重新通過第3方的數(shù)據(jù)庫軟件實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)之間的通訊信號的轉(zhuǎn)接,避免無謂的重復(fù)勞動、降低調(diào)試過程中的風(fēng)險。

(2)硬件組裝測試、軟件程序模擬。在進(jìn)入現(xiàn)場安裝調(diào)試前,將整個新程控系統(tǒng)在調(diào)試車間內(nèi)搭建起來,進(jìn)行通訊測試、通道檢查、程序模擬測試,完全排除可能存在的硬件或軟件設(shè)計(jì)缺陷,降低現(xiàn)場安裝調(diào)試的風(fēng)險。通過這部分工作,主要消除了畫面軟件升級形成的錯誤,檢驗(yàn)了通訊軟件程序的性能,校對了軟件和硬件通道的一致性,通過模擬測試修正了邏輯程序的一些錯誤。另外,在組裝測試車間將新模塊接線臂的信號線預(yù)先接好并套好標(biāo)記,以便于現(xiàn)場接線。

(3)現(xiàn)場分步施工、分步調(diào)試。在保證工藝系統(tǒng)運(yùn)行的前提下,分步推進(jìn)現(xiàn)場施工調(diào)試工作。具體按照如下步驟進(jìn)行:

1)解決電磁閥控制電源壓降過大的問題。經(jīng)過現(xiàn)場檢查試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),長期以來未能解決的電磁閥控制電源壓降過大的主要原因是電源供電母線的線阻過大。在利用電纜中的備用芯并接的方式增大電源供電母線的導(dǎo)體截面、將程控柜內(nèi)直流電源母線更換為較粗導(dǎo)線后,問題得到順利解決。這個問題的順利解決,大大方便了后面的調(diào)試工作。

2)現(xiàn)場測試新系統(tǒng)的上位機(jī)程序。在新系統(tǒng)的2臺上位機(jī)中分別安裝老系統(tǒng)和新系統(tǒng)的程序,同時與程控系統(tǒng)PLC通訊,操作員繼續(xù)使用舊程序,同時觀察新程序畫面是否同步變化(新程序需要作適當(dāng)?shù)耐ㄓ嵲O(shè)置),既檢驗(yàn)工控機(jī)的性能,又檢驗(yàn)了新的人機(jī)界面程序。

3)現(xiàn)場測試新系統(tǒng)的PLC程序。在現(xiàn)場,臨時將新系統(tǒng)的PLC模塊和機(jī)架布置在對應(yīng)的機(jī)柜附近并接上電源,通過以太網(wǎng)建立與新系統(tǒng)上位機(jī)的通訊,現(xiàn)場測試上、下位機(jī)的程序以及信號通道。另外,與運(yùn)行人員協(xié)調(diào),采取將現(xiàn)場設(shè)備切換為就地手動操作方式等臨時措施后,將新的PLC程序裝載到凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)的CPU中,然后再逐一切換到程控方式進(jìn)行單體調(diào)試直至系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。由于新程序此前經(jīng)過了充分的模擬測試,并且在進(jìn)行相關(guān)的PLC組態(tài)時盡量保持了經(jīng)處理部分原有的組態(tài)配置,該部分工作幾乎是一次投入成功。

4)將除鹽水系統(tǒng)的模擬量信號(4～20mA)采用串接的方式接入新系統(tǒng)的模擬量模塊通道。由于同是串接在新舊PLC的模擬量模塊通道中,新老系統(tǒng)均可以監(jiān)視工藝系統(tǒng)中的重要模擬量信號(如流量、壓力、溫度等)。

5)將除鹽水系統(tǒng)開關(guān)量I/O信號接入新系統(tǒng)的PLC模塊并進(jìn)行程控調(diào)試。先將除鹽水系統(tǒng)設(shè)備全部切換到現(xiàn)場就地手動控制模式,并利用除鹽水系統(tǒng)各列設(shè)備交替運(yùn)行的間隙,分批將開關(guān)量I/O信號接入新系統(tǒng)的PLC模塊,由于新模塊接線臂的信號線已經(jīng)事先接好并套好標(biāo)記,現(xiàn)場只需要將相應(yīng)的信號線“對號入座”,這部分工作進(jìn)展非常順利,幾乎沒有出現(xiàn)誤接的情況。再逐個將現(xiàn)場設(shè)備切換到程控模式進(jìn)行調(diào)試,由于軟件程序經(jīng)過了反復(fù)測試,相應(yīng)的調(diào)試工作非常順利,開關(guān)量I/O信號轉(zhuǎn)接入新模塊、單體設(shè)備調(diào)試以及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)用時不到1周。

6)將凝結(jié)水精處理系統(tǒng)并入新程控系統(tǒng)。拆除凝結(jié)水精處理系統(tǒng)主站CPU,將主從I/O站全部作為從站接入新的程控系統(tǒng)。

7)新系統(tǒng)的PLC模塊和機(jī)架最終安裝就位。拆除除鹽水系統(tǒng)的PLC模塊和機(jī)架,將除鹽水系統(tǒng)的模擬量信號直接接入新系統(tǒng)的模擬量模塊通道,將雖然已經(jīng)開始使用,但臨時“掛”在柜邊的新系統(tǒng)的PLC模塊和機(jī)架安裝就位,整個改造最為核心的工作基本結(jié)束。

最后,將2臺上位機(jī)內(nèi)的程序全部更新為新程序,實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)冗余運(yùn)行。將汽水取樣裝置的信號采集設(shè)備以及通訊設(shè)備進(jìn)行更新改造后接入了新的程控系統(tǒng);最后完成了數(shù)據(jù)報(bào)表程序的調(diào)試,整個系統(tǒng)全面投入運(yùn)行,改造工程基本結(jié)束。

6 改造中遇到的問題及解決辦法

(1)程控系統(tǒng)送至現(xiàn)場的24V(DC)控制電源電壓壓降過大,只有把系統(tǒng)的24V(DC)控制電源全部提供給要控制的少量電磁閥時才能控制電磁閥正常動作。因此,難以確認(rèn)現(xiàn)場電磁閥的實(shí)際動作情況,需要運(yùn)行人員到現(xiàn)場查看閥門的動作狀態(tài),使得相應(yīng)的運(yùn)行操作比較繁瑣。通過現(xiàn)場電纜、電源的仔細(xì)排查,找到了故障點(diǎn),解決了長期以來電壓過低的缺陷。

(2)在進(jìn)入現(xiàn)場施工階段,通過對原程序的檢查發(fā)現(xiàn),較多的設(shè)備實(shí)際并未正常投入程控運(yùn)行狀態(tài),在前次改造后,仍然只能通過現(xiàn)場手動方式控制,實(shí)際與圖紙不符。經(jīng)過和運(yùn)行方面的溝通,在新系統(tǒng)中對該部分程序進(jìn)行了優(yōu)化并投入了程控。

(3)#11機(jī)組汽水取樣系統(tǒng)通訊連不上,排除了光纜問題后,主要原因是就地工控機(jī)通訊不正常,重新配置編程后通訊基本正常。

7 結(jié)束語

整個改造工程中克服了需要維持工藝系統(tǒng)正常運(yùn)行、允許施工調(diào)試時間短、現(xiàn)場施工空間狹窄、施工工序復(fù)雜、原來未投程控設(shè)備的不確定性大、新舊PLC模塊兼容性差等困難,通過精心準(zhǔn)備,加上電廠運(yùn)行、檢修方面技術(shù)人員在改造實(shí)際施過程中,積極配合施工單位專業(yè)技術(shù)人員,適時進(jìn)行方案的合理調(diào)整,使得整個項(xiàng)目實(shí)施過程不斷得到優(yōu)化調(diào)整,改造圓滿成功,完全達(dá)到了改造的預(yù)期目標(biāo)。在改造過程中以及投入運(yùn)行的初期,雖然上位機(jī)工控機(jī)曾經(jīng)發(fā)生過死機(jī)現(xiàn)象,但經(jīng)過優(yōu)化系統(tǒng)程序、重裝軟件處理后,整個系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)無故障運(yùn)行1年多,大大提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。